水蒸気を直接の駆動源とする船舶推進装置の性能向上に関する研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13450077
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 蔦原 道久 神戸大学, 自然科学研究科, 教授 (10031139)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 坂本 雅彦 奈良工業高等専門学校, 助教授 (00225822) ; 片岡 武 神戸大学, 自然科学研究科, 助手 (20273758) ; 小川 和彦 神戸大学, 工学部, 助教授 (30252802)
• Keywords: 船舶推進装置 / ノズル内流れ / 非定常流れ / 気液混相流 / 流れの可視化

Research Abstract

本年度、実験的研究においてノズル内流れの非定常性を詳細を調べた。ノズル上壁に沿って6点での圧力の履歴を測定し、同時に高速度カメラでの流れの撮影を行った。その結果ノズル内の気液界面に現れる界面波は、極めて規則的な周波数で現れて下流へと流れてゆく。それに応じてノズル内の圧力分布も周期的に変化する。界面波が生じたとき、波の上流は圧力が上昇し、それにより水塊が下流へと加速されることが明らかとなった。また空気を断続的に噴射した場合、連続的に噴射した際の、界面波周期の約2倍の周期で出した場合には、圧力においては旬出した時間ないには連続的噴出とほとんど同じパターンが現れ、界面波の周期と近いものはかなり複雑な圧力のパターンが見られた。効率では、界面波の周期に近い周期で断続的に空気を噴射した場合が最も高かった。
数値シミュレーションにおいては、2種類の粒子を用いた差分格子ボルツマンモデルにより、ノズル内流れのシミュレーションを行うための準備として、気液の密度比(約800)を実現するモデルの開発を行った。具体的には、格子BGKモデルで計算される加速度を、所定の密度により修正を加えることで、密度の異なる流体に対する運動を再現する。減速、あるいは加速により、基準になるモデルより密度が大きいか小さいかを分け、今回の計算では900倍の密度変化に対応可能であることが分かった。気泡が液中を上昇する計算を行い、気泡形状が半円形に変形する模様が再現された。この手法を応用し、ノズル内流れの知見を得ることが可能であることがわかった。

Research Products

• [Publications] Michihisa Tsutahara: "Simulation of flows in a semi-open-type nozzle for ship's propulsion equipment by the finite difference lattice Boltzmann method"Proceedings of third international workshop on ship hydrodynamics. Proc. of IWSH 03. 67-72 (2003)
• [Publications] Michihisa Tsutahara: "Nozzle flow of a ship propulsion equipment driven by high-pressure gas"Proceedings of FEDSM'03:,4TH ASME_JSME JOINT FLUIDS ENGINEERING CONFERENCE. CD-ROM. FEDSM2003-45092 (2003)
• [Publications] 蔦原道久: "差分格子ボルツマン法における二流体モデルによる船舶用推進ノズル内流れのシミュレーション"第40回日本航空宇宙学会、関西・中部支部合同秋期大会項演集. 25-28 (2003)